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如图,在底面为直角梯形的四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,∠ABC=90°,PA...

如图,在底面为直角梯形的四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,∠ABC=90°,PA⊥平面ABCD,manfen5.com 满分网,BC=6
(Ⅰ)求证:BD⊥平面PAC;
(Ⅱ)求二面角P-BD-A的大小.

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解法一:(I)由已知中底面为直角梯形的四棱锥P-ABCD中,∠ABC=90°,且PA⊥平面ABCD,我们结合线面垂直的性质及勾股定理,可以得到BD与平面PAC中两个相交直线PA,AC均垂直,进而根据线面垂直的判定定理得到BD⊥平面PAC; (Ⅱ)连接PE,可得∠AEP为二面角P-BD-A的平面角,解三角形AEP即可得到二面角P-BD-A的大小. 解法二:(I)以A为坐标原点,建立空间坐标系,根据向量垂直,数量积为零,判断出BD⊥AP,BD⊥AC,再由线面垂直的判定定理得到BD⊥平面PAC; (Ⅱ)分别求出平面PBD与平面ABD的一个法向量,代入向量夹角公式,即可得到二面角P-BD-A的大小. 解法一:(Ⅰ)∵PA⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD.∴BD⊥PA. 又,.∴∠ABD=30°,∠BAC=60°,∴∠AEB=90°,即BD⊥AC. 又PA∩AC=A.∴BD⊥平面PAC. …..(6分) (Ⅱ)连接PE.∵BD⊥平面PAC.∴BD⊥PE,BD⊥AE.∴∠AEP为二面角P-BD-A的平面角. 在Rt△AEB中,, ∴,∴∠AEP=60°,∴二面角P-BD-A的大小为60°.            …..(12分) 解法二:(Ⅰ)如图,建立坐标系, 则A(0,0,0),,,D(0,2,0),P(0,0,3), ∴,,,∴. ∴BD⊥AP,BD⊥AC, 又PA∩AC=A,∴BD⊥面PAC. (Ⅱ)设平面ABD的法向量为m=(0,0,1), 设平面PBD的法向量为n=(x,y,1), 则n,n∴解得∴. ∴cos<m,n>==.∴二面角P-BD-A的大小为60°.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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